Direction de recherche : Eleni DIAMANTI

Systèmes d'Optique Quantique pour la Cryptographie à Longue Distance et les Réseaux Quantiques

Le domaine de l’information quantique a attiré une grande attention scientifique au cours des dernières décennies, en raison de la variété des questions théoriques ouvertes et des implémentations expérimentales des technologies quantiques dans différentes architectures. Cette thèse est divisée en deux parties, qui visent toutes deux à mettre en oeuvre de nouvelles technologies d’information quantique.
Dans la première partie, nous avons étudié la faisabilité de la distribution de clés quantiques avec des variables continues (CVQKD) entre un satellite en orbite et une station à la surface de la Terre. L’implémentation en variables continues évite l’utilisation de détecteurs à photons uniques, car les composants de télécommunication courants peuvent être utilisés à la place, ce qui augmente l’applicabilité du protocole. En outre, la liaison avec un satellite en orbite ouvre la porte à la construction potentielle d’un réseau mondial puisqu’elle permet de surmonter le problème de la communication à longue distance. Nous avons donc réalisé une étude théorique où nous avons considéré des paramètres physiques réalistes dans ce scénario afin de montrer les conditions de faisabilité du CVQKD par satellite avec une technologie de pointe.
Dans la deuxième partie du manuscrit, nous décrivons la conception et les résultats expérimentaux montrant les performances d’une source optique pour la génération d’états graph en variables continues aux longueurs d’onde des télécommunications, que nous avons construite à partir de zéro. La préparation d’états graph, également appelés états de clusters, peut être utilisée pour la mise en oeuvre de protocoles de cryptographie quantique, de calcul quantique basé sur la mesure (MBQC) ou de simulation quantique. Nous faisons correspondre les noeuds et les liens de l’état du graphe à l’état quantique multimode à partir d’une interaction non linéaire de la lumière dans un guide d’ondes. Après le guide d’ondes, nous obtenons un ensemble d’états de vide comprimés non corrélés, qui peuvent être manipulés dans un graphe souhaité par une transformation unitaire passive appropriée. Nous étudions la quantité de niveaux de compression de l’état de vide comprimé multimode et le nombre de compresseurs, qui sont liés au nombre de noeuds et à la quantité de corrélations EPR dansles états potentiels du graphe après le changement de base approprié. Nous avons préparé une expérience dans laquelle nous avons directement mesuré, par détection homodyne, la compression multimode après l’interaction de la lumière dans le guide d’ondes non linéaire, montrant ainsi la fonctionnalité de la source. Nous donnons enfin les perspectives à court terme pour l’optimisation de la source et certaines de ses potentialités à long terme.

Publications 2021-2023